МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА ПУЛЬСА НА ОСНОВЕ ИК-ДАТЧИКА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ UML - Студенческий научный форум

VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА ПУЛЬСА НА ОСНОВЕ ИК-ДАТЧИКА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ UML

Матюшкин Н.В. 1
1Пензенский государственный технологический университет
 Комментарии
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Среди методов исследования состояния сердечно-сосудистой системы особое место занимает исследование пульса, как наиболее простой и информативный показатель функционального состоя¬ния сердечно-сосудистой системы. Обеспечить контроль пульса можно с помощью системы на основе пульсометров – инфракрасных датчиков мониторинга пульса с повышенной точностью. Использование пульсометров помогает регулировать нагрузку на сердечно-сосудистую систему, а также позволяет диагностировать заболевания сердечно-сосудистой системы и организма за счет регистрации и контроля пульса [1-3].
Для представления системы в процессе проектирования и разработки ее необходимо промоделировать. Рассмотрим схему системы мониторинга пульса. Она предназначена для отражения общей структуры системы, то есть ее основных блоков, узлов, частей и главных связей между ними.
Схема системы представлена на Рисунке 1.
Рисунок 1 – структура системы мониторинга пульса
На сегодняшний день наиболее предпочтительным языком моделирования является UML, поскольку он позволяет четко проанализировать структуру системы и её работу [4-6]. Визуальное моделирование в UML можно представить, как некоторый процесс поуровневого спуска от наиболее обшей и абстрактной концептуальной модели исходной системы к логической, а затем к физической модели соответствующей программной системы. Для достижения этих целей вначале строится модель в форме диаграммы вариантов использования (Use Case diagram), которая описывает функциональное назначение системы, а также, что система будет делать в процессе своего функционирования [6-8].
Диаграмма вариантов использования представлена на рисунке 2.
 
Рисунок 2 – диаграмма вариантов использования
В рамках разрабатываемой модели выделяются следующие актеры:
- Пользователь – человек, у которого измеряются показатели пульса;
- ИК-датчик – устройство, которое фиксирует изменение насыщения капилляров кровью;
- Аналого-цифровой преобразователь служит для оцифровки входного сигнала;
-  Усилитель служит для усиления входного сигнала;
- Дисплей служит для отображения показателей пульса;
- Микроконтроллер служит для обработки информации с датчика.
Рассмотрим прецеденты системы подробнее:
- Измерение показателей пульса – в этой функции участвуют два актера «Пользователь» и «ИК-датчик». Человек одевает устройство и включает его, далее идет измерение показателей пульса способом фиксации степени измерения насыщения кровью синфазно с работой сердца.
- Анализ входных данных и фильтрацию осуществляет актер «Микроконтроллер». В анализ входных данных входят такие функции, как подсчет сердечных сокращений и запись полученных результатов в базу данных. Фильтрация входного сигнала осуществляется обработкой фильтром низких частот.
- Отображение показателей – в этой функции участвуют два актера «Пользователь» и «Дисплей». За счет дисплея пользователь может увидеть свои показатели пульса и услышать предупреждение о повышенном пульсе в виде звукового сигнала.
Диаграмма состояний представляет динамическое поведение сущностей, на основе спецификации их реакции на восприятие некоторых конкретных событий. Главное назначение данной диаграммы, это описать возможные последовательности состояний и переходов, которые в совокупности характеризуют поведение моделируемой системы в течение всего ее жизненного цикла. Каждый объект системы, обладающий определенным поведением, может находиться в определенных состояниях, переходить из состояния в состояние, совершая определенные действия в процессе реализации сценария поведения объекта [7,8].
 
Рисунок 3 – диаграмма состояний объекта «ИК-сигнал»
Разработанная диаграмма позволяет отследить изменения объекта «ИК-сигнал» в процессе его жизненного цикла.
Из начального состояния следует переход в первое состояние «Фиксация отраженного ИК-излучения». Далее получаем периодический физиологический сигнал. Следующим этапом является преобразование сигнала от ИК-датчика. В данном состоянии сигнал преобразовывается с помощью АЦП. Далее идут состояния «Усиление сигнала» и «Фильтрация сигнала». В этих состояниях происходит усиление сигнала последующая его очистка от шумов. В состоянии «Расчет частоты пульса» подсчитывается количество сердечных сокращений. В состоянии «Сохранение результатов в БД» полученные результаты сохраняются в базу данных [9,10].
Далее рассмотрим диаграмму деятельности, представленную на рисунке 4 (activity diagram).
 
Рисунок 4 – диаграмма активности
Из начального положения происходит переход в первый блок «ИК-излучение». Если ИК-излучение не зафиксировано, то процесс начинается заново. Если датчик начал излучать ИК-излучение, то начинается этап фиксации отраженного ИК-излучения. Далее сигнал от ИК-датчика преобразовывается и усиливается для последующей фильтрации. Следующим этапом идет отправка полученных значений в блок микроконтроллера. Микроконтроллер производит вычисление частоты пульса, записывает полученный результат в БД, и отправляет на дисплей. Если число сердечных сокращений превышает норму, то на дисплее отображается предупреждение о повышенном пульсе [9,10].
Таким образом, были разработаны следующие информационно-структурные модели: структурная схема системы мониторинга пульса; диаграмма вариантов использования, представляющая собой наиболее общую концептуальную модель информационной системы и являющаяся исходной для физической реализации системы при дальнейшей детализации ее структуры; диаграмма состояний, описывающая возможные последовательности состояний и переходов, которые в совокупности характеризуют поведение данных в системе; диаграмма деятельности, отображающая последовательность, ветвление и синхронизацию процессов в системе.

Библиографический список
1.    Н.А. Чермных, Н.А. Игошина, Функциональные возможности сердечно-сосудистой системы старых людей по данным вариабельности сердечного ритма – Изд. 3-е. – М., 2013. – 536 с.
2.    Физиология человека. В 3-х т. Т.2: Пр. С англ./Под. ред. Р. Шмидта и Г. Тевса. – М., 2011. – 313с.
3.    А.Л. Барановский, А.Н. Калиниченко, Л.А. Манило и др., Кардиомониторы. Аппаратура непрерывного контроля ЭКГ: Учеб. Пособие для вузов/ Под ред. А.Л. Барановского и А.П. Немирко. – М.: Радио и связь, 2013. – 248с.
4. Моделирование информационной системы мониторинга и контроля параметров технически сложного объекта / Гудков К.В., Гудкова Е.А., Володина М.А. // Современные информационные технологии. – 2014. – № 19. – С. 191-195.
5. Разработка информационной системы контроля БПЛА классической компоновки / Пискаев К.Ю., Гребенников Н.А., Кияев А.А. // Современные информационные технологии. – 2015. – № 21. –С. 134-140.
6. Синтез модельно-ориентированного и объектно-ориентированного подхода в процессе моделирования сложных систем / Михеев М.Ю., Гудкова Е.А., Лепешев А.А. // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. – 2015. – № 4 (26). – С. 263-267.
7. Информационно-структурные модели системы сбора и обработки данных с кориолисова расходомера инерционного типа / Михеев М.Ю., Гудкова Е.А., Лепешев А.А. // Надежность и качество сложных систем. – 2015. – № 1 (9). –С. 43-50.
8. Объектно-ориентированное моделирование информационной системы сбора, обработки и хранения данных / Гудков К.В., Гудкова Е.А. // Труды международного симпозиума Надежность и качество. – 2014. – Т. 1. – С. 199-203.
9. Идентификация критических состояний системы мониторинга и контроля / Мурашкина Е.Н., Жашкова Т.В. // Современные наукоемкие технологии. – 2014. – № 5-2. – С. 62.
10. Обобщенная процедура структурно-параметрического синтеза информационных моделей сложных систем / Дмитриенко А.Г., Михеев М.Ю., Жашкова Т.В. // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. – 2012. – № 4. – С. 143.
11.Методы анализа данных и их реализация в системах поддержки принятия решений. Михеев М.Ю., Прокофьев О.В., Семочкина Ю.И. учебное пособие / Пенза, 2014.
Просмотров работы: 885